双核心单片机教学实验箱设计研究

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摘要:为了增加单片机实验箱的功能性，解决单片机分层次教学，作者设计与开发了一款多功能、双核心的单片机教学实验箱。该实验箱采用了传统51单片机和高性能STM32单片机作为控制核心，具有“单片机硬件认知”“单片机基础实践”“综合拓展”和“二次开发”功能，可较好地应用于51单片机教学实验、STM32教学实践、电子竞赛等活动。

关键词:双核心;单片机;STM32;实验箱

目前，单片机教学实验箱仍大多采用传统8051内核的单片机作为开发对象，而市场上流行的高性能单片机应用于实验平台的却较少。为了增加单片机实验箱的功能性，解决单片机实验分层次教学，本文采用了“一块硬件电路板双控制核心”的方案，设计与开发了一款双核心、多功能的单片机教学实验箱。［1］

1单片机教学实验箱的设计

1．1单片机实验箱总体设计。单片机教学实验箱以51单片机+STM32单片机为控制核心，由“硬件认知”、“基础实践”、“综合拓展”和“二次开发”四大板块组成。1．2单片机实验箱主控芯片。单片机教学实验箱具有51单片机和STM32两个控制核心。51单片机主控芯片:本实验箱选择国产宏晶科技公司的高速/低功耗的STC89C52单片机。［2］该芯片拥有的灵巧的8位CPU和在线可编程Flash，使其在高校教学实验平台得到了广泛使用。STM32单片机主控芯片，本实验箱选择ST公司开发的STM32F103ZET6芯片。该芯片采用超低功耗的ARM处理器内核，芯体尺寸32位，速度可达72MHz，运算速度比8051快得多;具有硬件资源丰富、低价格、低功耗、高性能等优势，能够在经济型产品上实现先进且复杂的功能。1．3单片机实验箱控制单元的设计。1．3．1单片机硬件认知板块。本实验箱硬件认知板块主要包括三个方面:(1)将硬件电路原理图印制在了实验箱内盖上，便于学生一打开实验箱就可以直观地观察电路原理。(2)将电路典型元器件进行插入式连接，便于实物认知。［3］(3)将电路引脚分配印制在电路板丝印层上，便于硬件接线和软件编程。1．3．2单片机基础实践板块。单片机实验箱采取模块式设计思想，主要由LED流水灯、数码管、蜂鸣器、按键、液晶显示、点阵、继电器、实时时钟、EEPROM、温度传感器、红外接收，共11个独立基础模块组成，如图1所示。图1实验箱基础模块电路原理图51单片机和STM32作为两个独立的控制核心，可以分别实现对以上11个基础模块的控制。1．3．3单片机综合拓展板块。在51单片机和STM32的双核心控制下，将基本板块的11个基础模块，按不同的控制需求进行任意组合，可以完成多种综合拓展实验。例如:组合LED流水灯+数码管模块，可以实现交通灯倒计时功能;组合液晶显示+按键+蜂鸣器模块，可以实现病房呼叫或音乐盒功能;组合液晶显示+温度传感器+继电器模块，可实现温度自适应调整等功能。［3］1．3．4单片机二次开发功能的设计。单片机实验箱采取易扩展的设计思想:将51单片机和STM32的所有I/O引脚通过排针形式全部引出，方便对系统的扩充和二次开发。［4］在每个教学单元，引导学生自主焊接一些小的控制单元，例如交通灯控制单元、电机驱动单元、舵机控制单元等。让学生将个人作品通过排线与实验箱I/O引脚进行连接，验证个人控制单元功能，增加学习兴趣。

2单片机教学实验箱设计成果

设计完成的双核心多功能单片机教学实验箱硬件电路板如图2所示。3结语文中对双核心单片机教学实验箱的设计经验和做法进行了分享。该实验箱可实现硬件认知、基础实践、综合拓展和二次开发等功能，可同时满足传统51单片机和STM32的教学实验和竞赛等创新实践活动。

参考文献:

［1］梁璐，潘丽．多核心单片机实验箱设计实现［J］．电子设计工程，2014，22(14):110-112+116．

［2］白龙，刘玉良，孙屹琛，武阳阳，程健愉，黄磊．基于STC89C52的单片机实验开发板设计［J］．科学技术创新，2018(05):188-189．

［3］黄俊梅，罗丹妮，南楠．多功能模块式单片机教学实验箱的设计［J］．信息与电脑(理论版)，2019(06):85-86+91．

［4］王仁彪，王亚丽，王奉良．基于模块化的51单片机实验套件的设计与开发［J］．中国新通信，2017，19(14):138．

作者:黄俊梅 单位:陕西能源职业技术学院